铰接转向果园割草机的设计与试验

针对丘陵山地现有果园割草机行走性能差及人员操作便捷性低等问题,设计一种铰接转向果园割草机。采用理论分析与仿真、田间试验相结合的方法,对铰接转向果园割草机进行研究。结果表明:1)铰接转向果园割草机最大行驶速度5.9 km/h,割刀转速1 450~3 850 rad/min,最小转弯半径466.4 mm,爬坡与下坡纵向极限倾覆角度分别为37.47°和60.99°,横向极限倾覆角为48.76°;2)应用Ansys workbench软件分析得到割草机车架在平地直行、平地最大角度转向、直行爬坡与直行下坡四种工况下最大变形量和最大等效应力分别为0.034 4 mm和20.06 MPa。田间试验结果表明:铰接转向果园割草机的割幅利用率为98.9%,平均碎草率85.9%,割茬高度基本符合设定高度,满足丘陵山地小地块果园作业需求。     

背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

基于虚拟正交试验果园垄面割草机侧刀盘切割性能分析

为解决矮砧密植型果园生草制管理所面临的垄面草体处理困难的问题,通过三维设计软件建立了果园垄面割草机侧盘三维实体模型,并进行前进速度、刀盘转速、刀片数和刃线长度对重割率影响的优化仿真试验,利用动力学分析软件ADAMS得到刀片运动轨迹并计算重割面积,对模型进行四因素三水平虚拟正交试验,利用响应面分析法进行显著性分析。结果表明,最佳取值为前进速度A=2 m·s-1,刀盘转速B=2 500 rad·min-1,刀片数C=2。刃线长度D=55 mm时,重割率最低为16.6%。通过田间试验验证该模型仿真设计满足果园割草机技术要求,研究结果可为果园垄面割草机结构设计和参数优化提供参考。     

基于虚拟正交试验果园垄面割草机侧刀盘切割性能分析

为解决矮砧密植型果园生草制管理所面临的垄面草体处理困难的问题，通过三维设计软件建立了果园垄面割草机侧盘三维实体模型，并进行前进速度、刀盘转速、刀片数和刃线长度对重割率影响的优化仿真试验，利用动力学分析软件ADAMS得到刀片运动轨迹并计算重割面积，对模型进行四因素三水平虚拟正交试验，利用响应面分析法进行显著性分析。结果表明，最佳取值为前进速度A=2 m·s-1，刀盘转速B=2 500 rad·min-1，刀片数C=2。刃线长度D=55 mm时，重割率最低为16.6%。通过田间试验验证该模型仿真设计满足果园割草机技术要求，研究结果可为果园垄面割草机结构设计和参数优化提供参考。     

生物质成型机成型套筒的改进设计

采用Pro/Engineer中的mechanica模块对成型套筒进行了静力和疲劳分析.结果表明,套筒锥形孔大孔端所受应力最大.通过灵敏度分析找出锥角、锥长对最大应力的影响,并以此为依据对原有结构进行了改善和优化,起到了减小最大应力,减轻磨损,提高使用寿命的作用.     

1LF-335型液压翻转犁悬挂架有限元分析

[目的]本文旨在提高1LF-335型液压翻转犁悬挂架的稳定性和可靠性,为研究不同工作状态下该悬挂架的结构强度及受力后的应力应变情况提供理论依据。[方法]利用CREO4.0建立该液压翻转犁悬挂架的模型,并导入ANSYS Workbench中进行静力学分析。[结果]应力分析表明,一般工况下,悬挂架所受应力均小于120 MPa,在横梁U型板上螺栓与法兰相交处应力最为集中,达116.27 MPa,小于材料的许用应力值,满足强度要求。与牵引梁相比,悬挂架所受应力较小。液压翻转工况下,竖直情况时应力集中在钢架法兰盘与螺栓相交处,达70.06MPa;完成翻转情况时,最大应力同样集中在在钢架法兰盘与螺栓相交处,达97.86 MPa;两者所受应力均未达到材料的许用应力值,满足强度要求。位移分析表明,一般工况下,悬挂架的形变位移量在牵引梁端部最大,在工作过程中悬挂架的形变量远小于犁架;在液压翻转工况中,竖直情况下悬挂架右侧下拉板底部边缘处形变量最大,达0.25mm;翻转完成时,达0.23mm,上拉板的形变量均不足0.1mm。[结论]实际加工中应提高焊接精度与强度,选取直径较大的螺栓以加强其结构强度,进一步提高悬挂架的可靠性与稳定性。     

锤片式饲料粉碎机架板的有限元分析及拓扑优化

以某锤片式饲料粉碎机转子系统架板为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对其进行静力学计算与模态分析。结果显示:实际工况下架板的最大总形变量为0.035 mm,其发生在中间支撑板上装有8块锤片的2个销轴的安装孔处,架板沿X、Y及Z轴方向上的最大形变量分别为0.035、0.001以及0.016 mm,各形变量均较小且与架板实际受力情况相符;架板所受最大应力为165.72 MPa,且应力较大的部位仅集中分布在中间支撑板上装有8块锤片的2个销轴的安装孔附近,架板上绝大部分位置的应力值均在36.862 MPa以下;架板的一阶固有频率为339.79 Hz,且前六阶固有频率均远大于粉碎机的激振频率58.33 Hz,但其存在较大的材料冗余。基于此,对架板进行拓扑优化,并根据材料去除率为50%的计算结果对架板结构进行优化设计,优化后架板的质量由最初的46.66 kg降至25.85 kg。对优化后的架板进行静力学计算与模态分析,结果表明,全新的架板的强度与刚度均足够,且其材料冗余量大幅降低,架板在工作过程中不会发生共振。     

喷杆喷雾机前悬架上摆臂有限元及疲劳寿命分析

针对YTK850喷杆喷雾机前悬架上摆臂在多次作业后易出现疲劳失效的问题,通过建立喷杆喷雾机前悬架上摆臂的力学模型,计算出上摆臂在不平路面、转向、制动工况下的受力情况,得到理论的载荷数据,基于Workbench软件建立上摆臂的有限元模型,得到3种典型工况下的应力。结果表明,上摆臂的最大应力点出现在不平路面工况时减震器下安装支座与右前侧圆管连接处,应力最大值为130.12 MPa,变形量最大值为0.29 mm;利用试验得到的载荷数据,对前悬架上摆臂在不平路面工况下进行疲劳寿命分析,得到前悬架上摆臂疲劳寿命和安全系数分别为0.36年和1.79;通过对上摆臂进行优化,确定圆管外径为33 mm时,最大应力减小至94.17 MPa,最大变形量减小至0.098 mm,寿命提高到0.51年,安全系数提高到2.50,为喷杆喷雾机悬架系统的合理设计提供一定理论依据。     

4种曲线形日光温室前屋面采光性能及其拱架力学性能的比较

【目的】研究不同曲线形日光温室前屋面的采光及其拱架力学性能,为日光温室的设计提供参考。【方法】利用日光温室采光模型,模拟三次样条函数、圆弧、椭圆、抛物线4种曲线形日光温室前屋面的进光量,采用有限元方法计算3种荷载组合下各曲线形拱架的截面应力。【结果】三次样条函数、圆弧、椭圆、抛物线形前屋面的进光量分别为40467,39451,39306和35845kJ。在荷载组合1作用下,椭圆形拱架的截面应力最大,为3514MPa;抛物线形拱架次之,为3466MPa;三次样条函数形拱架为2906MPa;圆弧形拱架最小,为1479MPa。【结论】综合前屋面进光量和拱架力学性能指标,4种曲线形日光温室前屋面中,以三次样条函数形日光温室前屋面更具实用性。     

基于ADAMS旋耕刀工作参数优化及ANSYS仿真分析

为达到旋耕刀最佳工作状态,并对该状态下旋耕刀进行设计及校核验证,以复式作业机械为平台,对旋耕刀尺寸参数进行设计,确定旋耕刀外形尺寸参数为弯刀R240。采用UG三维软件结合设计尺寸参数建立旋耕刀三维模型,将模型导入ADAMS仿真软件进行运动学分析,得到旋耕刀最佳转速为ω=5 r/s,机组最佳前进速度为V=1.537 8 m/s。根据旋耕刀工作参数计算出旋耕刀工作载荷F=448.56 N,采用ANSYS软件在工作载荷的作用下分析校核旋耕刀。结果表明,刀尖变形量最大,为0.249 mm,刀柄所受的应力最大,为48.65 MPa,远小于许用应力300 MPa,满足工作要求。本研究为复式作业机械的旋耕部件改进设计提供了参考依据。     

基于静力学分析的电动拖拉机前桥多目标优化设计

为了快速发展25.7 kW电动拖拉机,解决电动拖拉机前桥设计周期长等问题,依据现有SF400E燃油动力拖拉机的前桥,对其进行静力学分析,通过ANSYS对3种工况进行仿真研究,发现该前桥在极限载荷下的最大应力值为372.2 MPa,超出前桥材料Q345的屈服极限7.9%,不能满足电动拖拉机的设计要求;在此基础上对该前桥进行多目标优化设计,优化结果表明,优化后的前桥最大应力值为293.5 MPa,降低了21%,低于前桥材料的屈服极限,优化后的质量为20.1 kg,减少了7%,优化后的前轴能够满足电动拖拉机的设计要求;并对优化后的前桥进行模态分析,模态分析结果表明,优化后前桥的1～6阶固有频率均远远大于来自地面的垂直激励,不会引起共振。     

TQLZ粮食振动清理筛有限元分析及强度测试

针对实际应用中粮食振动清理筛筛体的电机安装处及筛箱顶部容易发生断裂,设备使用寿命短等问题,采用Pro/E三维建模和ANSYS有限元仿真分析方法,对振动筛进行静动态模拟分析;应用动态测量仪测试筛体的机械强度。有限元仿真分析结果表明,最大应力为186 MPa,分别发生在筛体的弹簧支撑处、筛顶部位和电机安装处;试验测试结果表明,最大应力为170 MPa,发生在筛体的支撑弹簧处等部位,与仿真结果基本吻合。研究结果对振动筛结构优化设计,特别是对大型振动筛的稳定性和可靠性设计提供了一定的参考依据。     

基于变密度法的油菜割晒机割台机架拓扑优化与试验

为减少履带式油菜割晒机割台在不同工况下的振动,应用Hypermesh软件建立割台拓扑优化空间,利用多体动力学方法建立基于RecurDyn的油菜割晒机虚拟样机模型,获得部件调试工况、转运工况和田间作业工况下割台运动副的动态载荷;采用折衷规划法构建割台静态刚度和动态频率的综合目标函数,根据层次分析法确定各子目标的权重;以体积分数、运动副极大值载荷为约束条件,得到割台空间结构的理想材料密度分布,综合考虑实际工程应用,对优化得到的割台机架进行规则化处理;建立优化后割台机架的有限元模型并开展有限元静力分析与模态分析,对比分析优化前、后割台测点处的振动幅值。结果显示：优化后最大应力值由107.99 MPa下降到65.45 MPa,最大变形量由0.82 mm下降到0.36 mm;前三阶固有频率有不同程度提高,第一阶固有频率提高到24.187 Hz。实际振动测试结果表明,优化后割台各测点振动幅值下降,割台整体振动减小,其中纵向切割器支架振幅值由4.83 m/s2下降到1.49 m/s2。     

全接液金属浮盘抗爆特性实验与数值模拟

【目的】为了研究气体爆炸载荷下全接液金属浮盘的抗爆性能,采用实验研究与数值模拟相结合的方法对全接液金属浮盘的抗爆性能进行探究。【方法】通过浮盘抗爆实验装置对不同类型的浮盘试件进行抗爆特性实验,分析浮盘材料、连接类型、面板厚度对其抗爆性能的影响,并根据实验数据建立有限元模型,通过对比浮盘抗爆特性实验与数值模拟的结果,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,基于浮盘的位移及应力云图、中心点变形与位移速度随时间变化曲线、蜂窝芯吸能比数据,分析了浮盘的动态响应过程与失效模式。【结果】在应力分布特征上,浮盘上面板所受应力沿半径方向呈单调递增的变化趋势,边缘处应力最大,为98.1 MPa;下面板所受应力整体小于上面板,沿半径方向呈先增大、再减小、最后再增大的分布趋势,最大应力出现在浮盘的边缘位置,为63.18 MPa;浮盘上、下面板的最大变形分别为48.9 mm、3.2 mm,在抗爆过程中蜂窝芯吸收了72%～86%的冲击能量。【结论】浮盘上面板中心位置为整体结构的薄弱区域,为达到更好的抗爆性能,需要对上面板进行适当的加强;在相同规格及条件下,蜂窝填充浮盘具有更好的抗爆性能。（图17,表6,参21）     

新型双层塑料大棚外层棚结构设计与ANSYS稳定性分析

针对作物设施栽培要求,设计一种新型的双层塑料大棚.采用装配式钢管结构,由每隔2个单拱添加1个带拉杆的拱架为一个组合结构,完成外层拱棚的单元结构设计,通过纵向横梁将一系列的组合单元构成外层拱棚框架,这种结构既提高了竖直方向的稳定性又增加了拱棚横向的稳定性.以安徽省部分区域雪荷载和风荷载为例,利用ANSYS软件对该棚型进行应力和位移分析计算,组合单元拱架所受的最大弯曲应力为36.08 MPa,单元的最大位移量为3.31 mm,远远小于单层棚型拱架结构中单拱所受应力大小与位移量.相比目前应用广泛的普通单层塑料大棚,通过组合结构构建的新型塑料大棚能有效减小拱的位移,增加拱的结构稳定性.实践表明:这种双层棚结构具有很好的稳定性和应用推广价值.     

玉米茎秆粉碎机悬挂装置设计

为研制茎秆粉碎机前置穗茎兼收型自走式玉米联合收获机,保证割台和茎秆粉碎机可以互不干扰的进行工作,且能在一定范围内运动以达到合适的离地高度;利用三维设计软件的建模以及分析功能,设计茎秆粉碎机的悬挂装置;通过运动仿真和应力分析,获得悬挂架受力最大位置的等效应力、位移、安全系数分布云图。结果表明,悬挂架设计合理,可以达到作业要求;最后通过样机试制验证了该设计的可行性。     

单腔斜置高速排种器排种盘有限元分析

针对高速作业时排种器作业效率低和漏播严重等问题，本文设计了一种单腔斜置高速排种器排种盘，并对其力学性能进行了分析。首先，建立单腔斜置高速排种器排种盘的三维模型；然后，将该模型导入有限元分析模块中，选取求解器和解算方案类型，对相关材料属性进行定义，划分单元网格，设置载荷类型并求解。结果表明：在500 r/min转速下，排种盘所受到的最大应力为0.125 0 MPa、最小应力为0.000 3 MPa，排种勺穴腔所受到的最大应力低于0.003 MPa；排种盘在500 r/min转速下所产生的最大位移量为0.000 382 mm，排种勺穴腔所发生的最大位移为0.000 317 mm，该变形对高速排种器寿命和磨损的影响几乎可以忽略。从上述分析结果可知，在高转速作用下，该排种盘的力学性能满足作业要求。同时，上述分析结果可为机械式排种器的设计提供理论指导。     

残膜捡拾机机架及梳齿的仿真设计与试验

机架和梳齿是残膜捡拾机的主要承载部件,为了研究机架的振动特性,利用有限元分析软件对机架进行模态分析,结果表明,机架的固有频率和外激频率相差较大,可以有效避免共振的发生。为了研究梳齿设计的合理性,利用离散元分析软件进行梳齿应力应变的正交试验,并利用DesignExpert软件进行曲面响应分析,结果表明,梳齿作业时运动速度越大,入土深度越大,入土角度越小,所受的土壤阻力越大。以耦合的方式分析得到梳齿的受力云图和变形量,结果表明,梳齿齿尖处受力最大,变形最大,其最大等效应力为183.4 MPa,最大变形量为20.949 mm,经校核梳齿的设计符合要求。样机捡拾率的田间试验结果高达85%以上,满足捡拾要求。     

振摆式起苗清土一体机结构设计与田间试验

为了实现果园苗木出圃过程机械化,对起苗清土一体机的起苗装置、清土装置等关键部件进行参数化设计,并对起苗铲进行有限元分析和优化。结果表明:起苗铲最大等效应力由5.026 Mpa降为0.238 MPa,最大等效应变由2.141降为0.663,整体变形远小于设计要求的5 mm,符合设计要求。通过田间试验对样机可靠性进行验证,结果表明,所起苗木的主根长度在120～150 mm之间,苗株伤害率较低,满足农艺要求。该振摆式起苗清土一体机尺寸参数可为后续开展起苗清土装置的设计研发提供参考。